高中 | 线框模型 题目答案及解析

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选修3-2

第四章 电磁感应

4.4 法拉第电磁感应定律

线框模型

如图所示,在水平虚线下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,水平方向足够宽,竖直方向高度为$2L$,磁感应强度大小为$B$。磁场上方某高度处有一个正方形金属线圈,由粗细均匀的金属丝绕制而成,线圈有$n$匝,边长为$L$,总质量为$m$,电阻为$R$。某时刻将线圈以某一初速度水平拖出,线圈进入磁场过程中速度不变,运动过程中线圈始终竖直且底边保持水平,忽略空气阻力,重力加速度大小为$g$,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

线圈进入磁场过程中通过金属丝横截面的电荷量为$\\dfrac{Bn^{2}L^{2}}{R}$

","

线圈离开磁场过程中产生的热量大于$2mgL$

","

线圈完全处于磁场中的运动时间小于线圈出磁场过程中的运动时间

","

若仅将线圈匝数增加为原来的两倍, 则线圈进入磁场过程中速度不变

"]
[["CD"]]

$\rm A$.由$E=n\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$

$\overline{I}=\dfrac{E}{R}$

$q=\overline{I}\Delta t$

可得$q=\dfrac{n\Delta\Phi}{R}=\dfrac{nBL^{2}}{R}$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.线圈完全进入磁场后到离开磁场前通过线圈的磁通量不变,线圈做加速度为$g$的加速运动,线圈刚要离开磁场时速度大于进入磁场的速度,所以线圈离开磁场时做减速运动,则从线圈完全进入磁场到线圈离开磁场,重力势能减小$2mgL$,动能减少$\Delta E_{\rm k}$,由能量守恒可知$2mgL=Q+\Delta E_{\rm k}$

$Q \lt 2mgL$,故$\rm B$错误;

$\rm C$.由$\rm B$项分析可知,线圈完全离开磁场时速度小于进入磁场时的速度,所以离开磁场时的平均速度小于线圈完全进入磁场后在磁场中做加速运动的平均速度,故线圈完全处于磁场中的运动时间小于线圈出磁场过程中的运动时间,故$\rm C$正确;

$\rm D$.设线圈进入磁场前下落的高度为$H$,竖直方向有$2gH=v_{y}^{2}$

则若仅将线圈匝数增加为原来的两倍,则线圈进入磁场过程中速度不变,故$\rm D$正确。

故选:$\rm CD$

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